高速铁路飞砟机理研究

有砟轨道是高速铁路重要组成部分，具有建造速度快、成本低、适用范围广，易维修，尤其地震、洪水、战争等极端情况下。有砟结构与组成决定其缺点，如飞砟成为高速铁路亟待解决关键问题之一。目前国内外在该方面研究很少，特别是微观下轨枕-道砟-列车风相互作用机理与规律等基础研究相当匮乏，是我国有砟高速铁路发展瓶颈。在充分调研国外有砟高速铁路飞砟研究成果基础上，从微观原理上揭示轨枕-道砟-列车风相互作用力学特性与作用机理，建立三维轨枕-道砟-列车风离散单元法与流体力学耦合模型，研究其相互作用机理、影响规律，进行飞砟风洞试验和现场试验，优化有砟道床结构形式与道砟参数，创新防治措施与方法。通过建立和完善理论分析模型，结合室内和现场测试，揭示相互作用机理与规律，形成具有自主知识产权的高速铁路飞砟防治理论体系与方法，指导我国有砟高速铁路设计和应用，弥补这一领域研究不足。

在国家自然科学基金“高速铁路飞砟机理研究”支持下，开展了比较系统的飞砟应用基础研究，主要内容包括有砟道床静动力和道砟单体风洞试验进行力学特性测试和数值研究。同时研究团队积极拓展有砟道床国际合作，在荷兰自然科学基金会（NWO）及国家自然科学基金联合资助下，率队赴欧洲开展了中欧轨道工程双边研讨会。申请人还参加了在法国举行的道砟专题研讨会并做了宣讲。同时申请人已联合负责人的身份，申请到由美国联邦铁路管理局（FRA）资助的相关课题。.本次研究内容主要包括了有砟道床静动力和道砟单体风洞试验进行力学特性测试和数值研究。例如，根据飞砟受力特点，研究道砟颗粒起跳、运动轨迹方程，评判飞砟危害；进行道砟颗粒风洞试验；测试了不同形状、颗粒大小道砟临界风速、迁移距离、道砟颗粒风压分布；利用计算流体力学（CFD）进行空气动力学分析，评判道砟颗粒形状对于飞砟（迁移）影响及规律；根据力学平衡法则，揭示轨枕-道砟-列车风相互作用力学特性与作用机理，建立飞砟力学平衡机理方程，研究参数敏感性及影响规律。该模型可用来优化道床结构形式与参数，指导防治方法与措施；在以上平衡方程基础上，采用随机过程概率密度法，定量研究高速铁路飞砟几率与可靠性。.通过试验和离散单元法数值分析，研究高速有砟道床轨道结构结构选型与振动力学特性；针对于高速有砟道床空吊板问题，研究空吊板工况下道砟破碎及振动力学特性，同时进行高速有砟道床新型结构体系研究，优化高速有砟道床结构与力学特性，如高速有砟道床材料特性，新型底砟结构），土工格栅与道砟胶固化力学特性。有砟道床离散单元法分析表明，捣鼓维修、地震荷载作用后，有砟道床松散促进飞砟发生。.综上所述, 已在发表期刊论文11篇，3篇为SCI源刊，9篇EI及3篇ISTP会议，获得专利3项，为高速铁路有砟道床理论和技术储备进行了一定有益探讨。